tabelas de capacitores, Esquemas de Engenharia Elétrica

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CÁLCULO DA CORREÇÃO DO FATOR DE POTÊNCIA

Para se calcular o valor da potência rea�va necessária para elevar o fator de potência ao valor desejado, u�liza-se os valores de fator de potência atual e potência a�va consumida (recomanda-se realizar a média dos úl�mos doze meses, no mínimo) das contas de energia elétrica e o fator encontrado na tabela anterior. Em casos de sazonalidade, deve-se fazer a análise dos períodos em separados, levando-se em consideração o pior caso.

Fator de potência atual (FPA) 0,

Potência rea�va consumida (PA) 1000 kW

Fator de potência desejado (FPD) 0,

Fator (vide tabela anterior) 0,

kvar = PA x F = 1000 x 0,324 = 324 kvar

TABELA DE CONVERSÃO

Os capacitores poderão ser instalados com proteção junto aos transformadores. São indicados para suprir os V/A rea�vos indu�vos dos transformadores operando em vazio.

Deverão ser instalados com as células capaci�vas em tensão reforçada (acima da nominal).

Exemplo: Tensão nominal de 380V, instalar com células em 440 Volts.

PARA INSTALAÇÃO DE CAPACITORES

Para escolher a melhor opção para a correção do fator de potência, assim como avaliar a futura instalação dos bancos fixos e automá�cos, é necessário efetuar estudos preliminares do local. Quando escolhido o banco automá�co, a M.F. faz a montagem conforme a localização e área disponível para a instalação.

LOCAL DA INSTALAÇÃO

Evitar exposição ao sol ou proximidade de equipamentos com temperaturas elevadas;

Não bloquear a entrada e saída de ar dos gabinetes;

Os locais devem ser protegidos contra materiais sólidos e líquidos em suspensão (óleos, poeira, etc.);

Não instalar os capacitores próximos ao teto;

No caso de ven�lação forçada, a circulação do ar deverá ser de baixo para cima.

RECOMENDAÇÕES PARA DIMENSIONAMENTO E INSTALAÇÃO DOS CAPACITORES

U�lizar resistor de descarga e respeitar o tempo mínimo de descarga (de 1 a 3 minutos);

Manter a corrente de surto sempre no máximo 100 vezes a corrente nominal;

U�lizar contactores com resistores de pré-carga ou indutores an�-surto;

Em bancos automá�cos, a freqüência de ressonância não deverá coincidir com a freqüência de nenhuma harmonia significa�va na instalação;

U�lizar fusíveis ou disjuntores para a proteção dos capacitores;

Se a instalação possuir mais de 20% de "cargas lineares'' (ex: inversores, so�-starters), medir os níveis de harmônicas;

Não fazer interligações entre os terminais dos capacitores em bancos, respeitando as correntes máximas dos terminais dos capacitores;

A seção dos cabos deve atender as caracterís�cas de corrente do sistema;

Evitar soldar cabos nos terminais dos capacitores;

Fazer aterramento individual para as unidades/ bancos capaci�vos(as);

Medir (monitorar) efe�vamente a tensão no secundário do transformador antes de especificar a tensão dos capacitores, em carga e a vazio;

U�lizar contactores com resistores de pré-carga para manobra de capacitores C;

U�lizar células capaci�vas com tensão reforçada (acima da nominal) para instalações de capacitores fixos em locais com níveis de harmônicas acima da 5ª ordem.

LOCALIZAÇÃO DOS CABOS DE COMANDO (BANCOS AUTOMÁTICOS)

Deverão ser u�lizados cabos coaxiais ou dentro de tubulações independentes e aterrados na extremidade do controlador;

LEGISLAÇÃO ATUAL

Em conformidade com o estabelecido pelo Decreto nº 62.724 de 17 de maio de 1968 e com a nova redação dada pelo Decreto nº 75.887 de junho de 1975, as concessionárias de energia elétrica adotaram, desde então, o fator de potência de 0,85 como referência para limitar o fornecimento de energia rea�va.

O Decreto nº 479, de 20 de março de 1992, reiterou a obrigatoriedade de se manter o fator de potência o mais próximo possível da unidade (1,00), tanto pelas concessionárias quanto pelos consumidores, recomendando, ainda, ao Departamento Nacional de Águas e Energia Elétrica (DNAEE) o estabelecimento de um novo limite de referência para o fator de potência indu�vo e capaci�vo, bem como a forma de avaliação e de critério de faturamento da energia rea�va excedente a esse novo limite.

A nova legislação per�nente, estabelecida pelo DNAEE, introduz uma nova forma de abordagem do ajuste pelo baixo fator de potência, com os seguintes aspectos relevantes:

Aumento do limite mínimo do fator de potência de 0,85 para 0,92;

Faturamento de energia rea�va capaci�va excedente;

Redução do período de avaliação do fator de potência de mensal para horário, a par�r de

Com isso muda-se o obje�vo do faturamento: em vez de ser cobrado um ajuste por baixo fator de potência, como faziam até então, as concessionárias passam a faturar a quan�dade de energia a�va que poderia ser transportado no espaço ocupado por esse consumo de rea�vo. Este é o mo�vo porque as tarifas aplicadas serem as de demanda e consumo de a�vos, inclusive ponta e fora de ponta para os consumidores enquadrados na tarifação horosazonal.

Além do novo limite e da nova forma de medição, outro ponto importante ficou definido:

Das 06:00 às 24:00 o fator de potência deve ser no mínimo 0,92 para a energia e demanda de potência rea�va indu�va fornecida.

Das 24:00 até às 06:00 no mínimo 0,92 para energia e demanda de potência rea�va capaci�va recebida.

DEFINIÇÕES

Potência: capacidade de produzir trabalho na unidade de tempo.

Energia: u�lização da potência num intervalo de tempo.

Potência a�va (KW): é a que realmente produz trabalho ú�l.

Energia a�va (KWh): uso da potência a�va num intervalo de tempo.

Potência rea�va (KVAR): é a usada para criar o campo eletromagné�co das cargas indu�vas.

Energia rea�va (KVARh): uso da potência rea�va num intervalo de tempo.

Potência aparente (KVA): soma vetorial das potências a�va e rea�va, ou seja, é a potência total absorvida pela instalação. Fator de potência (): é a razão entre potência a�va e potência aparente.

CONCEITOS BÁSICOS

A maioria das unidades consumidoras consome energia rea�va indu�va, como motores, transformadores, lâmpadas, de descarga, fornos de indução, entre outros. As cargas indu�vas necessitam de campo eletromagné�co para seu funcionamento, por isso sua operação requer dois �pos de potência:

Potência a�va: Potência que efe�vamente realiza trabalho gerando calor, luz, movimento, etc. É medida em KW. (Ver figura a seguir).

Potência rea�va: Potência usada apenas para criar e manter os campos eletromagné�cos das cargas indu�vas. É medida em KVAR. (Ver figura a seguir a seguir).

KQh, precisaremos u�lizar a fórmula abaixo para transformar KQh em KVARrh.

Nota: o fator de potência em um sistema não-linear, não respeita as fórmulas citadas se não forem instalados filtros ou indutores nos equipamentos que geram harmônicas.

CONSEQÜÊNCIAS E CAUSAS DE UM BAIXO FATOR DE POTÊNCIA

PERDAS NA INSTALAÇÃO

As perdas de energia elétrica ocorrem em forma de calor e são proporcionais ao quadrado da corrente total. Como essa corrente cresce com o excesso de energia rea�va, estabelece-se uma relação entre o incremento das perdas e o baixo fator de potência, provocando o aumento do aquecimento de condutores e equipamentos.

QUEDAS DE TENSÃO

O aumento da corrente devido ao excesso de energia rea�va leva a quedas de tensão acentuadas, podendo ocasionar a interrupção do fornecimento de energia elétrica e a sobrecarga em certos elementos da rede. Esse risco é, sobretudo acentuado durante os períodos nos quais a rede é fortemente solicitada. As quedas de tensão podem provocar ainda, a diminuição da intensidade luminosa das lâmpadas e aumento da corrente nos motores. SUB UTILIZAÇÃO DA

CAPACIDADE INSTALADA

A energia rea�va, ao sobrecarregar uma instalação elétrica, inviabiliza sua plena u�lização, condicionando a instalação de novas cargas e inves�mentos que seriam evitados se o fator de potência apresentasse valores bem mais altos. O "espaço" ocupado pela energia rea�va poderia ser então u�lizado para o atendimento de novas cargas.

Os inves�mentos em aplicação das instalações estão relacionados principalmente aos transformadores e condutores necessários. O transformador a ser instalado deve atender à potência total dos equipamentos u�lizados, mas devido à presença de potência rea�va, a sua capacidade deve ser calculada com base na potência aparente das instalações. A tabela abaixo mostra a potência total que deve ter o transformador, para atender uma carga ú�l de 1000 KW para fatores de potência crescentes.

VARIAÇÃO DA POTÊNCIA DO TRAFO EM FUNÇÃO DO FATOR DE POTÊNCIA

Potência ú�l Absorvida KW Fator de Potência Potência do Trafo

0,50 2000

1000 0,80 1250

1,00 1000

Também o custo dos sistemas de comando, proteção e controle dos equipamentos, cresce com o aumento da energia rea�va. Da mesma forma, para transportar a mesma potência a�va sem o aumento de perdas, a seção dos condutores deve aumentar à medida que o fator de potência diminui. A tabela abaixo ilustra a variação da seção de um condutor em função do fator de potência. (Nota-se que a seção necessária, supondo-se um fator de potência 0,70 é o dobro da seção para o fator de potência 1,00).

VARIAÇÃO DA SEÇÃO DO CABO EM FUNÇÃO DO FATOR DE POTÊNCIA

SeçãoRela�va Fator dePotência

1,00 1,

Nível de tensão acima do valor nominal provocando um aumento de consumo de energia rea�va.

ONDE CORRIGIR O BAIXO FATOR DE POTÊNCIA?

Uma forma econômica e racional de se obter a energia rea�va necessária para a operação adequada dos equipamentos é a instalação dos capacitores próximos desses equipamentos. A instalação de capacitores, porém, deve ser precedida de medidas operacionais que levem à diminuição da necessidade de energia rea�va, como o desligamento de motores e outras cargas indu�vas ociosas ou superdimensionadas.

VANTAGENS DA CORREÇÃO DO FATOR DE POTÊNCIA

MELHORIA DA TENSÃO

As desvantagens de tensões abaixo da nominal em qualquer sistema elétrico são bastante conhecidas. Embora os capacitores elevem os níveis de tensão, é raramente econômico instalá- los em estabelecimentos industriais apenas para esse fim.

A melhoria da tensão deve ser considerada como um bene�cio adicional dos capacitores. A tensão em qualquer ponto de um circuito elétrico é igual a da fonte de tensão até aquele ponto. Assim, se a tensão da fonte for geradora e as diversas quedas de tensão forem conhecidas, a tensão em qualquer ponto pode ser facilmente determinada.Como a tensão na fonte é conhecida, o problema consiste apenas na determinação das quedas de tensão.

A fim de simplificar o cálculo das quedas de tensão, a seguinte fórmula é geralmente usada:

REDUÇÃO DAS PERDAS

Na maioria dos sistemas de distribuição de energia elétrica de estabelecimentos industriais, as perdas RI2t variam de 2,5 a 7,5% dos kWh da carga, dependendo das horas de trabalho a plena carga, bitola dos condutores e comprimento dos alimentadores e circuitos de distribuição.

As perdas são proporcionais ao quadrado da corrente e como a corrente é reduzida na razão direta da melhoria do fator de potência, as perdas são inversamente proporcionais ao quadrado do fator de potência.

Redução percentual das perdas:

A figura a seguir está baseada na consideração de que a potência original da carga permanece constante. Se o fator de potência for melhorado para liberar capacidade do sistema e, em vista disso, for ligada a carga máxima permissível, a corrente total é a mesma, de modo que as perdas

A correção pode ser feita instalando os capacitores de quatro maneiras diferentes, tendo como obje�vo a conservação de energia e a relação custo/beneficio:

a) Correção na entrada da energia de alta tensão: corrige o fator de potência visto pela concessionária, permanecendo internamente todos os inconvenientes citados pelo baixo fator de potência.

b) Correção na entrada de energia de baixa tensão: Permite uma correção bastante significa�va, normalmente com bancos automá�cos de capacitores. U�liza-se este �po de correção em instalações elétricas com elevado numero de cargas com potências diferentes e regimes de u�lização pouco uniformes. A principal desvantagem consiste em não haver alívio sensível dos alimentadores de cada equipamento.

c) Correção por grupos de cargas: o capacitor é instalado de forma a corrigir um setor ou um conjunto de pequenas máquinas (<10 cv). É instalado junto ao quadro de distribuição que alimenta esses equipamentos. Tem como desvantagem não diminuir a corrente nas alimentadoras de cada equipamento.

d) Corrente localizada: é ob�da instalando-se os capacitores junto ao equipamento que se pretende corrigir o fator de potência. Representa, do ponto de vista técnico, a melhor solução, apresentando as seguintes vantagens:

Reduz as perdas energé�cas em toda a instalação;

Diminui a carga nos circuitos de alimentação dos equipamentos;

Pode-se u�lizar em sistema único de acionamento para a carga e o capacitor, economizando- se um equipamento de manobra;

Gera potência rea�va somente onde é necessário.

e) Correção Mista: no ponto de vista "Conservação de Energia", considerando aspectos técnicos, prá�cos e financeiros, torna-se a melhor solução. Usa-se o seguinte critério para correção mista:

Instala-se um capacitor fixo diretamente no lado secundário do transformador;

Motores de aproximadamente 10 cv ou mais, corrige-se localmente (cuidado com motores de alta inércia, pois não se deve dispensar o uso de corrente para manobra dos capacitores sempre que a corrente nominal dos mesmos for superior a 90% da corrente de excitação do motor);

Motores com menos de 10 cv, corrige-se por grupos;

edes próprias para iluminação com lâmpadas de descarga, usando-se reatores de baixo fator de potência, corrige-se na entrada da rede;

Na entrada instala-se um banco automá�co de pequena potência para equalização final.

Quando se corrige um fator de potência de uma instalação, consegue-se um aumento de potência aparente disponível e também uma queda significa�va da corrente conforme exemplo:

Uma carga de 930 KW, 380V e FP=0,65 (deseja-se corrigir o fator de potência para 0,92):

Sem Correção do fator de potência: Potência Aparente Inicial = 1431 KVA Corrente Inicial= 2174 A.

Com Correção de fator de potência: Potência Aparente Final = 1010 KVA Corrente Final = 1536 A.

Neste caso poderá aumentar 41% de carga na instalação. (Ver o diagrama dos �pos de Instalações).

f) Correção na Média Tensão:

Desvantagens:

Inviabilidade econômica de instalar banco de capacitores automá�cos;

Maior probabilidade da instalação se tornar capaci�va (capacitores fixos);

Aumento de tensão do lado da concessionária;

Aumento da capacidade de curto-circuito na rede da concessionária;

Maior inves�mento em cabos e equipamentos de Baixa tensão;

Manutenção mais di�cil;

Bene�cios relacionados com a diminuição das correntes rea�vas nos cabos, trafos, etc., não são ob�dos.

COMO UTILIZAR CAPACITORES EM CIRCUITOS COM AMBIENTE NÃO-LINEAR, NÃO SENOIDAL

(COM HARMÔNICAS)?

Até bem pouco tempo atrás, todas as cargas eram lineares com a corrente acompanhando a curva senoidal de tensão. Ul�mamente, o número de cargas não lineares que u�lizam pulsos de corrente numa freqüência diferente de 60 HZ, tem aumentado significa�vamente. Exemplos de equipamentos lineares e não-lineares: